Нафта – рідке паливо
Що ж таке нафта? Теплотехнік відповість, що це прекрасне, висококалорійне паливо. Але хімік заперечить: ні! Нафта – це складна суміш рідких вуглеводнів, у яких розчинені газоподібні й інші речовини. І щоб перелічити всі продукти, одержувані з нафти, потрібно витратити кілька аркушів, тому що їх уже кілька тисяч.
Ще Д.І. Менделєєв помітив,0 що розпалювати вогнище нафтою все рівно, що топити її грошима.
Нафта (від перс. neft) - пальна масляниста рідина зі специфічним запахом, розповсюджена в осадовій оболонці Землі і яка є найважливішою корисною копалиною.
Фізичні властивості нафти
Найголовнішою властивістю нафти, які принесли їй світову славу виняткових енергоносіїв, є її здатність виділяти при згорянні значну кількість тепла. Нафта і її похідні володіють найвищою серед усіх видів палив теплотою згоряння. Теплота згоряння нафти – 41 МДж/кг, бензину – 42 МДж/кг. Важливим показником для нафти є температура кипіння, що залежить від будови вхідних до складу нафти вуглеводнів і коливається від 50 до 550°С.
Нафта, як і будь-яка рідина, при визначеній температурі закипає і переходить у газоподібний стан. Різні компоненти нафти переходять у газоподібний стан при різній температурі. Так, температура кипіння метану –161,5°С, етану –88°С, бутану 0,5°С, пентану 36,1°С. Легені нафти киплять при 50–100°С, важкі – при температурі більш 100°С.
Розходження температур кипіння вуглеводнів використовується для поділу нафти на температурні фракції. При нагріванні нафти до 180–200°С википають вуглеводні бензинові фракції, при 200–250°С – лігроїнові, при 250–315°С – керосиново-газойлеві і при 315–350°С – масляній. Залишок представлений гудроном. До складу бензинової і лигроиновой фракцій входять вуглеводні, що містять 6–10 атомів вуглецю. Гасова фракція складається з вуглеводнів з EMBED Equation.3 , газойлева – EMBED Equation.3 і т.д.
Важливим є властивість нафти розчиняти углеводородние гази. У 1 м3 нафті може розчинитися до 400 м3 пальних газів. Велике значення має з'ясування умов розчинення нафти і природних газів у воді. Нафтові вуглеводні розчиняються у воді вкрай незначно. Нафти розрізняються по щільності. Щільність нафти, обмірюваної при 20°С, віднесеної до щільності води, обмірюваної при 4°С, називається відносної. Нафти з відносною щільністю 0,85 називаються легенями, з відносною щільністю від 0,85 до 0,90 – середніми, а з відносною щільністю понад 0,90 – важкі. У важких нафтах містяться в основному циклічні вуглеводні. Колір нафти залежить від її щільності: світлі нафти мають меншу щільність, чим темні. А чим більше в нафті смол і асфальтенів, тим вище її щільність. При видобутку нафти важливо знати її в'язкість. Розрізняють динамічну і кінематичну в'язкість. Динамічною в'язкістю називається внутрішній опір окремих часток рідини руху загального потоку. У легкій нафті в'язкість менше, ніж у важкій. При видобутку і подальшому транспортуванні важкі нафти підігрівають. Кінематичною в'язкістю називається відношення динамічної в'язкості до щільності середовища. Велике значення має знання поверхневого натягу нафти. При зіткненні нафти і води між ними виникає поверхня типу пружної мембрани. Капілярні явища використовуються при видобутку нафти. Сили взаємодії води з гірською породою більше, ніж у нафти. Тому вода здатна витиснути нафту з дрібних тріщин у більш великі. Для збільшення нафтовіддачі шарів використовуються спеціальні поверхнево-активні речовини (УПАВШИ). Нафта має неоднакові оптичні властивості. Під дією ультрафіолетових променів нафта здатна світитися. При цьому легені нафти світяться блакитним світлом, важкі – бурим і жовто-бурої. Це використовується при пошуку нафти. Нафта є діелектриком і має високий питомий опір. На цьому засновані електрометричні методи встановлення в розрізі, розкритому свердловиною, нафтоносних шарів.
Хімічні елементи і сполуки в нафті
Нафта складається головним чином з вуглецю – 79,5 – 87,5 % і водню – 11,0 – 14,5 % від маси нафти. Крім них у нафті присутні ще три елементи – сірка, кисень і азот. Їхня загальна кількість переважно складає 0,5 – 8 %. У незначних концентраціях у нафті зустрічаються елементи: ванадій, нікель, залізо, алюміній, мідь, магній, барій, стронцій, марганець, хром, кобальт, молібден, бор, миш'як, калій і ін. Їхній загальний зміст не перевищує 0,02 – 0,03 % від маси нафти. Зазначені елементи утворюють органічні і неорганічні сполуки, з яких складається нафта. Кисень і азот знаходяться в нафті тільки в зв'язаному стані. Сірка може зустрічатися у вільному стані чи входити до складу сірководню.
Продукти, які отримують з нафти, їх застосування
З нафти виділяють різноманітні продукти, що мають велике практичне значення. Спочатку від неї відокремлюють розчинені вуглеводні (переважно метан). Після відгону летучих вуглеводнів нафту нагрівають. Першими переходять у газоподібний стан і відганяються вуглеводні з невеликим числом атомів вуглецю в молекулі, що мають відносно низьку температуру кипіння. З підвищенням температури суміші переганяються вуглеводні з більш високою температурою кипіння. У такий спосіб можна зібрати окремі суміші (фракції) нафти. Найчастіше при такій перегонці одержують три основні фракції, що потім піддаються подальшому поділу. Основні фракції нафти наступні:
Фракція, що збирається від 400 до 2000 С, - газолінова фракція бензинів – містить вуглеводні від З5Н12 до З11Н24. При подальшій перегонці виділеної фракції одержують: газолін (від 400 до 700 С), бензин (від 700 до 1200 С) – авіаційний, автомобільний і т.д.
Лігроїнова фракція, що збирається в межах від 1500 до 2500 С, містить вуглеводні від З8Н18 до З14Н30. Лігроїн застосовується як пальне для тракторів.
Гасова фракція включає вуглеводні від З12Н26 до З18Н38 з температурою кипіння від 1800 до 3000С. гас після очищення використовується як пальне для тракторів, реактивних літаків і ракет.
Газойль (вище 2750 С) – дизельне паливо.
Мазут – залишок від перегонки. Містить вуглеводні з великим числом атомів вуглецю (до багатьох десятків) у молекулі. Мазут також розділяють на фракції:
Солярові олії – дизельне паливо,
Мастила (авіатракторні, авіаційні, індустріальні й ін.),
Вазелін (основа для косметичних засобів і лік).
І ін.
З деяких сортів нафти одержують парафін (для виробництва сірників, свіч і ін.). Після відгону залишається гудрон. Його широко застосовують у дорожнім будівництві.
Список використаної літератури
Судак М. М. Нафта і пальні гази в сучасному світі. – М. Надра, 1984.
Хімія. Шкільний ілюстрований довідник. – М.: Росмен, 1995.
“Книга для читання по хімії (частина друга)” Автори: К. Я. Парменов,
Л. М. Сморгонский, Л. А. Цвєтков.
